торой элементы фильтра уже ие могут рассматриваться как сосредоточенные.

Для получения частот среза в верхней части свч диапазона такие фильтры должны быть очень малых размеров, что требует высокой точности их изготовления. Это приводит к известным трудностям. Поэтому оии чаще используются в более низкочаст' чг>м участие свч диапазона (от 200 до 2000 Мгц), где имеют значительные преимущества перед другими фильтрами благодаря малым габаритам и хорошим характеристикам. Однако иногда они изготавливаются .и для работы с частотами среза до 5 или 6 Ггц. В более же высокочастотных участках свч диапазона вместо фильтров верхних частот обычно применяются широкополосные полоснонропускающие фильтры (см. гл. 9 и 10).

Фильтры верхних частот типа, показанного на рис. 7.01.2, в печатном варианте ие выполняются, так как при этом трудно обеспечить надежное Короткое замыкание индуктивных шлейфов и осуществить относительно большие последовательные емкости.

7.02. Приближенная реализация сосредоточенных элементов в диапазоне свч

Удобным способом реализации относительно широкополосных фильтров, работающих в диапазоне частот примерно от 100 до 10 000 Мгц, является построение их из коротких отрезков коаксиальной или полосковой линии, которые выполняют роль элементов цепей с сосредоточенными параметрами. тавлица 7 ог i

ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СХЕМЫ ОТРЕЗКА ЛИНИИ С ТЕМ ВОЛНОЙ

ЭквЕшалеятные схемы

То-1-оГ

то-i-i-07

Расчегиые формулы

X ml ш1

и 4

(о / ml X = Z sIn- kZo -

и 4

2 20 ?L.iL

В табл. 7.02.1 приведены точные Т-образная и П-образная эквивалентные схемы отрезка линии передачи с ТЕМ волной, (т. е.. - 306 -

без дисперсии), а также значения их реактивных сопротивлений и проводимостей для случая, когда физическая длина отревка линии / достаточно мала, так что его электричеаая длина oj f <п/4, рад. Здесь о - частота в радианах; v-скорость распространения в линии передачи.

В тех случаях, когда длина линии очень мала или когда не требуется высокой точности расчета, ее можно представить одним реактивным элементом. Например, нз рисунка в табл. 7.02.1 ясно, что короткий отрезок линии с высоким сопротивлением Zc, нагруженный на обоих концах относительно низким сопротивлением, эквивалентен последовательной индуктивности L=Zollv. Аналогично короткий отрезок линии с низким сопротивлением Zo, нагруженный на каждом конце относительно большим сопротивлением, эквивалентен параллельной емкости C=Yollv=:llZoV. Применение таких коротких отрезков линий с высоким или низким сопротивлением Zo является наиболее общим способом реализации соответ-стаенно последовательной индуктивности и параллельной емкости в фильтровых структурах сач диапазона с волной типа ТЕМ.

Как показано в табл. 7.02.2, сосредоточенную параллельную индуктивность можно реализовать в линии с волной ТЕМ несколькими способами. В большинстве случаев наиболее удобно использовать короткий отрезок с высоким волновым сопротивлением Zo, заземленный с одного конца (как в примере с полосковой линией). В тех случаях, когда требуется очень компактная параллельная индуктивность, можно использовать короткий отрезок тонкой проволоки, включенный между инутренним и внешним проводниками (как в примере с коаксиальной линией).

Сосредоточенную последоьательную емкость также можно приближенно реализовать различными способами, показанными иа рисунках той же таблицы. Наиболее простой из них - реализация с помощью зазора в центральном проводнике [1]. В коаксиальной 1ИНИИ, когда требуются большие величины последовательной емкости, обычно используют короткий отрезок разомкнутой линии с низким сопротивлением Zo в последовательном соединении с центральным проводником. .В полосковой линии Последовательную емкость удобно реализовать наложением центральных проводников, как показано на соответствующем рисунке табл. 7.02.2. Дополнительные сведения по емкостным зазорам приведены в § 8.05.

Параллельно включенный последовательный резонансный контур с сосредоточенными параметрами можно реализовать с помощью отрезков полосковой линии, как показано на рис. табл. 7.02.2 (для поз. 4). В этом случае прн вычислении емкостного реактивного солротивлен1ш, реализуемого отрезком линии с низким волновым сопротивлением Zm, необходимо учитывать краевые емкости на его конце и в участках стыка двух линий.

Краевую емкость на конце линии с сопротивлением Zoi можно рассчитать следующим образом. Сначала вычисляют емкость на - 307 -

ТАБЛИЦА 7.02.2

ЦППП С ПOЛУCOCPLДOTOЧПHHЫMH nAPAiMETPAV\ll, РЕАЛИЗУЕМЫЕ С ПОМОЩЬЮ ПЕРЕДАЮЩИХ ЛИНИЙ С ВОЛНОЙ ТИПА ТЕМ (РАЗМЕРЫ В СИ)

Физическая цепь

Эквмвзлентиэя схема

Расчетные формулы

Параллельная индуктивность

ПГ I

га-i-or

Коаксиальная

а

Коаксиальная

Последовательная емкость

(2[)щл V D диэлектрике

Коаксиальная

zjc-II-

0,278е,- + Л

2а -гЬ

.1(Г'2

продолжение табл, 7.02.j

Тнп цепн Реализация физическая

Последовательная емкость

Полосковая

диэлектрик

Эквивалентная схема

то--07-

Расчетные формулы

ВяйО,08855е^ш -

Параллельно включенный последовательный резонансный контур

Полосковая

Параллельна включенный параллельный резонансный контур

Патосковая

Xf, RS -

Нартнашита/паа

Xr -

eVHHuy длины линии:

33.36>к.

пф/см.

(7.02.1)

где Ег - относительная диэлектрическая проницаемость. Затеы нужно приближенно учесть влияние краевых емкостей на концах линии, определив ее полную эффективную з ектрическую длину как сумму измеренной длины и длины

(7.02.2)

добавляемой на каждом конце. Здесь w-uJHpHHa полоски в сантиметрах, а величина CJ/e определяется и.1 рис. 5.07.4. Дальнейшее уточнение расчета элементов такого резонансного контура можно выполнить путем коррекции, учитивающей индуктивность соединения (согласно рис. 5.07.2); однако эта коррекция обычно весьма незначительна.

Параллельно включенный параллельчый резонансный контур с сосредоточенными параметрами можнг. реализовать с помощью отрезков полосковой линии, как показано на соответствующем .рисунке табл. 7.02.2. Здесь также при вычислении емкостного реактивного сопротивления, реализуемого отрезксм линии с низким волновым сопротивлением 2о\, необходимо учесть краевую емкость на конце разомкнутой линии.

Характеристики последовательного и параллельного резонансных контуров с сосредоточенными параметрами, показанных на последних рисунках таблицы, в пределах огра.ниченных диапазонов частот можно также получить соответственно с помощью разомкнутых и короткозамкнутых четвертьволновых отрезков. Формулы .для определения параметров последних были приведены в табл. 5.08.1.

Последовательно включенные цепи с характеристиками последовательного или параллельного резонансных контуров с сосредоточенными параметрами очень трудно реализовать с помощью полусосредоточенных элементов иа передающих линиях с ТЕМ волной. Однако в ограниченных частотных диапазонах можно осуществить приближенную реализацию этих цепей с помощью коаксиальной линии соответственно в виде разомкнутых или коротко-замкнутых четвертьволновых шлейфов, включенных последовательно с центральным проводником. Такие шлейфы обычно реализуются как линии внутри центрального проводника, как, например, на первом рисунке в 3-й строке табл. 7.02.2.

7.03. Фильтры ниясних частот на полусосредоточенных эле1ие1пак

При расчете фильтров этого типа, прежде всего, выбирается соответствующая схема с сосредоточенными параметрами (обычно нормированными), такая, как прототипы нижних частот, эле-- 310 -

менты которых пр ведены в табл. §§ 4.05, 4.06 и 4.07. Выбор па характеристики (нлщример. чебышевской характеристики с i-нем пульсаций 0,1 1ли 0,5 дб) зависит от конкретного прпмен л. Аналогично число Неактивных элементов п определяется трсоуе-мой крутизной характеристики фильтра. Для фильтров нижних частот лестничного Вша с чебышевской или максимально плоской характеристикой с гюследовательными индуктивностями L и параллельными емкостями С нужное значение п легко на.ходится из нормированных кривЦ1Х затухания, приведенных в § 4.03.

После выбора соответствующей схемы на сосредоточенных элементах необходимо оп>)еделить цепь свч, которая будет аппроксимировать эту схему. Рассмотрим несколько примеров.

Простой LC фильтр\ижних частот лестничного типа. Фильтры нижних частот особенно удобно проектировать в виде коаксиальной или печатной конструкции, используя короткие отрезки линии передачи, которые ведут себя как полусосредоточеиные элементы. Для иллюстрации методики расчета фильтра этого типа рассчитаем 15-элемент[#.1Й фильтр. Величина пульсаций в его полосе пропускания от О до 1,971 Ггц должна составлять 0,1 дб, а затухание иа частоте 2.168 Ггц, по крайней мере, 35 d6. На рис. 7.03.1 показан внешний вид такого фильтра, выполненного в виде разъемной коаксиальной конструкции.

Рис. 7.03.1. Фильтр нн-жннх частот св 1 диапазона

Как видно нз схемы, приведенной на рис. 7.03.2а, первым элементом 15лементного прототипа нижних частот, выбранного для ргосчитываемого фильтра, является последовательная индуктивность. В то время, когда проводился расчет, соответствующей таблицы величин элементов (табл. 4.05.2) для п = 15 еще ие имелось, а были известны лишь величины элементов для фильтров, содержащих не более 10 элементов. Поэтому прототип с 15 элементами приближенно определялся по 9-элементиому прототипу из табл. 4.05.2; каждый из днух .средних элементов 9-эле-ментного прототипа был повторен еще 3 раза, чтобы получился .прототип с 15 элементами. Сравнение величин зтих элементов с их точными значениями из той же таблицы показывает, что величины элементов на концах фильтра уменьшены примерно на 1,2% и что ошибка постепенно увеличивается к центру фильтра, причем цент-- 311 -